2019_2020学年高中生物第1章基本工程第2节关注基因工程学案苏教版选修3.docx

第二节关注基因工程1举例说出基因工程在动、植物方面的应用。(重点)2举例说明基因诊断和基因治疗的原理和过程。(重、难点)3概述转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。(难点)4举例说出生物武器的危害。知识点一| 基因工程的应用1植物基因工程已经获得了迅猛发展植物基因工程不仅用于提高农作物的抗除草剂、抗虫、抗病和抗盐碱能力等方面，还用于改善农作物的品质和利用植物生产药物等方面。(1)抗病转基因植物许多病原微生物会引起植物患病，这些微生物包括病毒、细菌和真菌。目的基因：病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因。(2)抗虫转基因植物转基因抗虫植物的研究已经获得相对丰硕的成果。目的基因：苏云金杆菌Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因。(3)抗逆转基因植物几乎所有的植物在它们的生活过程中都要遇到这样或那样的逆境，包括冻害、盐碱、干旱、水涝等不利的环境条件。这些不利的环境条件都会对农业生产产生不利影响。目的基因：抗冻蛋白基因、可以调节细胞渗透压的基因、抗除草剂基因。2动物基因工程展示出诱人的应用前景动物基因工程在改善畜产品品质、提高动物生长速度、利用转基因动物生产药物、利用转基因动物作器官移植供体等方面，显示出诱人的应用前景。(1)改善畜产品品质科学家将编码乳糖酶的基因导入奶牛基因组后，获得的转基因牛生产出来的牛奶中乳糖的含量大大降低。(2)提高动物生长速度导入外源生长激素基因获得的转基因绵羊，其生长速度明显提高；导入外源生长激素基因获得的转基因鲑鱼，在同样的生长周期中，其体重明显大于野生鲑鱼的。(3)生产药物目前世界范围内基因工程研究的热点之一是利用转基因动物生产药物。因为这些转基因动物就像一座座生产药物的反应器，所以也把这些转基因动物称为新型生物反应器。培育这类转基因动物一般先要将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来，导入哺乳动物的受精卵中，再让这些受精卵在母体内生长发育成转基因动物。当这些转基因动物进入泌乳期后，它们分泌的乳汁就成为生产所需药物的原料。(4)科学家也在开展用转基因动物作器官移植供体的研究。3转基因生物(1)概念：指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。(2)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，使生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能。4基因工程和人类健康(1)基因诊断(又称DNA诊断)方法：基因检测。目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。(2)基因治疗方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。步骤：包括目的基因的转移、目的基因的表达和安全措施的实施。成果：用腺苷脱氨酶基因治愈了一位患重度复合型免疫缺陷症的女孩。植物基因工程在农业中的应用发展迅速，主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。请根据以上内容，回答下面的问题。探讨：从环境保护角度出发，分析转基因抗虫植物与普通植物相比在害虫防治方面的优越性。 提示：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。探讨：种植转基因抗虫植物若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？提示：会。害虫会因抗虫植物的选择作用产生对转基因抗虫棉的抗性。探讨：从基因与性状的关系角度思考，利用转基因技术改良植物品质的途径有哪些？提示：直接导入控制该性状的结构蛋白基因。导入与该性状有关的某种酶的基因。1植物基因工程应用举例应用途径提高植物的光合作用效率改造植物体内的CO2固定酶，提高植物对CO2的固定效率增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率延长果实的储藏期通过基因工程获得能抑制乙烯形成酶基因表达的转基因植物提高植物次生代谢产物的产率通过基因工程提高植物次生代谢产物的产率提高植物的抗性将外源抗性基因转入植物，使植物具有相应抗性，如抗虫、抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等2.动物基因工程应用举例应用外源基因成果提高抗病能力外源抗性基因抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等提高产品产量外源生长激素基因含外源生长激素基因的转基因鲑鱼改善产品品质乳糖酶基因含乳糖酶基因的转基因牛，生产的牛奶中无乳糖生产药用蛋白外源蛋白基因乳腺生物反应器，大量生产药用蛋白3.转基因植物与转基因动物的区别和联系比较项目转基因植物转基因动物区别受体细胞受精卵或体细胞一般为受精卵目的基因常用的导入方法土壤农杆菌转化法显微注射法获得个体常用方式植物组织培养胚胎移植目的为了获得具有抗逆性、抗病虫害的植物，改善农作物品质和利用植物生产药物为了获得生长速度快、有抗病能力的动物，改善畜产品品质、利用转基因动物生产药物等联系(1)流程和技术环节基本一致；所用的工具和操作原理基本相同(2)目的都不仅仅是产生体型巨大的个体，更重要的是改善产品的品质(3)最突出的优点都是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，定向培育生物新品种4.乳腺生物反应器与基因治疗(1)乳腺生物反应器操作过程：主要用途：生产多肽类药物、工程疫苗、抗体等。(2)基因治疗的类型包括体外基因治疗和体内基因治疗。体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞体外完成基因转移筛选、细胞扩增输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因特点操作复杂，效果可靠方法较简单，效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因特别提醒不是所有的遗传病都能使用基因治疗的方法诊治。目前，基因治疗的方式主要为导入正常基因并使之表达，以此弥补基因缺陷。不能直接修复缺陷基因，也不能对基因直接替换。(3)基因诊断与基因治疗的比较项目方法备注基因诊断制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段基因治疗把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的在临床治疗中得到了一定的应用特别提醒(1)有关Bt毒蛋白的两点提醒本身不具有毒性：Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身没有毒性，只有被害虫摄食进入消化道被消化分解为多肽后才具有毒性。发挥抗虫作用的机理：Bt毒蛋白水解成的多肽与害虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，导致其细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解而使害虫死亡。(2)基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，一般为体细胞。1利用细菌大量生产人类干扰素，下列叙述错误的是()A用适当的酶对运载体与人类干扰素基因进行切割与黏合B用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌C通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌D受体细菌内能合成人类干扰素，说明目的基因完成了表达【解析】需要用限制酶对运载体与含有人类胰岛素基因的DNA分子进行切割，并用DNA连接酶将两者连接形成重组DNA分子，A正确；将目的基因导入受体细菌时，需要感受态细胞，即用CaCl2处理细菌细胞使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，B正确；通常通过检测目的基因产物来检验重组DNA是否表达，而用DNA分子杂交技术检测重组DNA是否已导入受体细菌，C错误；受体细菌内能合成人类干扰素，说明目的基因完成了表达，D正确。【答案】C2科学家们对一位因缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的淋巴细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。(1)基因治疗是把健康的_导入有_的细胞中，以达到治疗疾病的目的。(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的_。此基因工程中的目的基因是_，目的基因的受体细胞是_。(3)将转基因淋巴细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常，是由于淋巴细胞中能合成_。(4)请用基因工程方法简要写出对该女孩实施基因治疗的步骤，并写出两种鉴定是否治疗成功的方法。_。【解析】基因治疗是指把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，进行治疗疾病的方法。在该实例中，基因的运输工具是逆转录病毒，目的基因是腺苷酸脱氨酶基因，受体细胞是淋巴细胞。患者得到恢复，说明目的基因在受体细胞中得到了表达，即淋巴细胞能合成出腺苷酸脱氨酶。鉴定该治疗过程是否成功，可通过鉴定其体内该酶的量或检测其免疫能力是否有所提高来确定。【答案】(1)外源基因基因缺陷(2)载体(或基因的运输工具)腺苷酸脱氨酶基因淋巴细胞(3)腺苷酸脱氨酶(4)获取腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因表达载体的构建将重组DNA分子导入淋巴细胞腺苷酸脱氨酶基因的检测和鉴定。目的基因的鉴定方法：鉴定女孩体内产生的腺苷酸脱氨酶是否越来越多；鉴定女孩产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高知识点二| 生物武器和转基因生物安全性问题一、转基因生物的安全性问题1关注转基因生物的安全性(1)食品安全问题长期食用某种转基因食品是否会导致某种毒素在人体内积累。(2)生态系统安全问题转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。2转基因生物安全性的保障措施(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。(2)国家应建立相应的评估及预警机制。二、生物武器的危害性1所用微生物种类(1)细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。(2)病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。2被用作生物武器的方法(1)将致病基因插入不致病的微生物体内。(2)将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。(3)用于研制针对某一特定种群的生物武器。转基因成果的不断涌现和产业化使人们对转基因产品的消费防不胜防。对待转基因生物和产品，有人欣然接受，有人持无所谓的态度，也有人因担心它们的安全性而干脆说“不”！请你根据以上材料探究以下问题：探讨：针对媒体对转基因食品所报道的某些负面效应，你认为吃转基因食品会担心什么问题？提示：担心安全性检测不全面；担心出现滞后效应；担心转基因植物会合成出有直接毒性或潜在毒性的蛋白质；担心出现新的过敏原；担心营养成分改变等。探讨：对待生物武器的态度与对待转基因生物的安全性的态度有什么不同？提示：对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。对待转基因生物的安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。1对待转基因生物的态度(1)科学家应该科学地认识、评估和利用转基因生物。(2)社会公众在购买相关产品时应享有知情权。(3)国家应建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。2转基因生物存在安全性的原因(1)目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。(2)目的基因往往是异种生物的基因。(3)外源基因插入宿主基因的部位往往是随机的。3生物武器的种类、特点及危害(1)生物武器的种类病菌：鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌等。病毒：天花病毒、动物痘病毒等。生化毒剂：如肉毒杆菌毒素。经过基因重组的致病菌：如通过转基因技术改造的像炭疽杆菌的致病菌。(2)生物武器的特点传染性强；污染面广；传染途径多，难以防治；具有一定的潜伏期；受自然条件影响大。(3)生物武器的危害通过转基因技术改造的细菌或病毒可让大批无相应免疫力的受感染者突然发病而又无药可医。运用转基因技术针对某一种族人群基因组特征制造的生物武器，可以杀伤预想中的特定种族。实例：日本战败投降时，侵华日军又一次把培养的细菌释放出来，在中国造成传染病大流行。1用重组基因技术制造的全新致病菌比一般的生物武器危害性大，其原因是()人类从来没有接触过这种致病菌无药可医只有某种易感基因的民族容易感染，而施放国的人却不易感染A BCD【解析】由于重组基因技术制造的致病菌是自然界从来没有出现过的菌株，因而人类从来没有接触过，体内没有形成这种致病菌相应的抗体，也就没有免疫能力，一旦施用可以让大批受感染者突然得病，医学上也因为从来没有接触这样的病例而缺乏针对性的治疗，造成无药可医。一般情况下重组的致病菌使受感染者致病，易感染和抗感染是相对而言的，人是同一个物种，不会有绝对不感染的民族。【答案】D2害虫损伤番茄的叶片后，组成叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫不能消化食物而死亡。科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。(1)转入了番茄蛋白酶抑制剂基因的玉米合成番茄蛋白酶抑制剂的具体部位是_，合成的化合物还需要在_中加工才具有生物活性。(2)这种抗玉米螟玉米品种的培育技术属于_技术，这种变异在生物学上称为_。(3)在种植了这种转基因玉米的农田中的杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？_(4)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？_(5)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。_【解析】(1)番茄蛋白酶抑制剂的本质为蛋白质，其合成部位为核糖体，但还需要在内质网、高尔基体中加工才具有生物活性。(2)由材料可知，抗玉米螟玉米品种的培育运用的是转基因技术，这种技术的原理是基因重组。(3)(5)属于开放性试题，答案不唯一，只要有道理即可。(4)抗玉米螟玉米能抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫，故种植抗玉米螟玉米的农田，仍需要进行防虫管理。【答案】(1)核糖体内质网和高尔基体(2)转基因基因重组(3)(答案不唯一)不会。不同物种之间存在生殖隔离，玉米的花粉不能传递给杂草。(或会。蛋白酶抑制剂基因通过玉米的花粉传递给杂草，使杂草获得抗虫基因，从而表现出抗虫性状。) (4)需要。转基因玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害虫。(5)(答案不唯一)有道理。这种玉米的子粒可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性，影响人体健康。(或没有道理。人蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同，玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响。)课堂小结知识网络构建核心语句归纳1.基因工程打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，实现基因交流，可以不同程度地定向改良生物的遗传特性。2.基因诊断又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。3.基因治疗是向受体细胞中导入正常功能的基因以置换或弥补缺陷基因的治疗方法。1以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是()A抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抵抗害虫D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异【解析】抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。【答案】B2转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程是改造CO2固定酶。其目的是()A提高光合作用效率B延长果实的储藏期C提高植物的抗性D培育新作物品种【解析】CO2固定是光合作用暗反应阶段的重要一步，CO2浓度的高低以及植物对不同浓度CO2的固定能力是影响暗反应的重要因素，也是影响光合作用效率的重要因素之一，因此通过基因工程改造CO2固定酶，其目的就是提高光合作用效率。【答案】A3基因治疗是指()A将健康基因导入有基因缺陷的细胞中B用DNA探针检测疾病C用DNA探针修复缺陷基因D将DNA探针导入有基因缺陷的细胞中【解析】基因治疗是把健康的外源基因导入有缺陷的细胞中，达到治疗疾病的